MODUL 4

HALAMAN UTAMA

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

Gorden Otomatis

DAFTAR ISI

Percobaan ...

1. Pendahuluan[Kembali]

Pada setiap rumah terdapat beberapa jendela yang dimana jendela tersebut memiliki gorden untuk menutup jendela agar tidak terlihat dari luar. Biasanya jendela memiliki gorden yang bisa dibuka dan ditutup dengan manual, agar dapat lebih efisien maka kita dapat membuatnya secara otomatis dengan membuat sebuah alat untuk membuka dan menutup gorden secara otomatis. Pada blog ini kami menampilkan sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari 2 sensor yaitu sensor analog berupa sensor LDR dan sensor digital berupa touch sensor, untuk filter kami menggunakan Detector non inverting sebagai mendeteksi sinyal output dan mengembalikan sinyal output yang sefasa dengan sinyal input, lalu ada Buffer yang berfungsi untuk meningkatkan daya sinyal tanpa mengubah bentuk asli sinyalnya.

2. Tujuan[Kembali]

Dapat membuat rangkaian kontrol gorden otomatis menggunakan sensor touch, dan LDR.
Mengetahui dan memahami penggunaan transistor dan op amp pada rangkaian
Mampu menjelaskan prinsip kerja dari Gorden Otomatis.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

ALAT

A. Alat
1. Breadboard

2. Kotak Plastik

3. Power Supply 5V

4. Adapter 12V

5. Jumper

B. Bahan

1. Touch Sensor

Sensor sentuh adalah komponen elektronik yang mendeteksi sentuhan fisik atau kedekatan, mengubahnya menjadi sinyal listrik untuk berinteraksi dengan perangkat, menggantikan sakelar mekanis.

2. Sensor LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor LDR mendeteksi perubahan intensitas cahaya. Resistansinya menurun saat cahaya terang dan meningkat saat gelap sehingga dapat dijadikan pemicu otomatisasi.

3. LED Putih

LED berfungsi sebagai indikator visual, misalnya menandakan sistem aktif, mendeteksi input sensor, atau status pintu garasi.

4. Kabel Jumper (Male to Male dan Female to Male)

Digunakan sebagai konektor tambahan untuk menghubungkan modul sensor, op-amp, relay, dan motor DC dalam satu rangkaian.

5. Konverter DC to DC

Konverter ini digunakan untuk menurunkan atau menstabilkan tegangan keluaran agar sesuai kebutuhan sistem, misalnya dari 12V ke 5V.

6. Transistor D882

Transistor ini digunakan sebagai saklar elektronik untuk mengontrol arus besar ke motor atau relay menggunakan arus kecil dari op-amp.

7. Operational Amplifier TL082

Op-amp TL082 berfungsi sebagai pembanding tegangan (komparator) untuk memproses sinyal dari sensor dan menentukan kondisi buka/tutup garasi.

8. Relay 5V

Relay digunakan sebagai saklar otomatis berdaya besar untuk menghubungkan motor DC dengan sumber tegangan sesuai sinyal dari transistor.

9. Limit Switch

Limit switch digunakan untuk menentukan batas gerakan pintu garasi, mencegah motor bergerak berlebihan, dan mematikan sistem pada posisi buka/tutup maksimum.

10. Resistor 220 Ohm

Resistor digunakan sebagai pembatas arus untuk LED atau bagian rangkaian lainnya agar tidak menerima arus berlebih.

11. Comparator LM393

LM393 membandingkan tegangan sensor dengan nilai referensi untuk menghasilkan sinyal digital HIGH atau LOW sebagai input ke pengendali.

12. Motor DC 5V

Motor DC berfungsi sebagai aktuator utama untuk membuka dan menutup pintu garasi dengan mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

13. Push Button DPDT

Push button DPDT digunakan sebagai kendali manual alternatif untuk membalik polaritas motor (maju/mundur) saat pengujian.

14. Power Supply 12 Volt

Digunakan sebagai sumber daya utama untuk motor dan relay yang membutuhkan arus lebih besar dibandingkan komponen sensor.

4. Dasar Teori [Kembali]

A.Sensor LDR

LDR atau Light Dependent Resistor bekerja berdasarkan perubahan nilai resistansi akibat intensitas cahaya yang mengenainya. Pada kondisi gelap, nilai resistansi LDR sangat tinggi, dapat mencapai ratusan kilo ohm hingga mega ohm. Sebaliknya, ketika cahaya mengenai permukaan LDR, foton yang diterima akan meningkatkan jumlah elektron bebas di dalam material semikonduktornya, sehingga resistansi menurun drastis hingga hanya beberapa ratus ohm. Perubahan resistansi ini kemudian diubah menjadi perubahan tegangan melalui rangkaian pembagi tegangan yang umumnya dipasang bersama LDR. Tegangan keluaran dari pembagi tegangan tersebut selanjutnya dibaca oleh rangkaian komparator atau op-amp untuk menentukan apakah intensitas cahaya berada di atas atau di bawah ambang batas tertentu. Dengan cara kerja ini, LDR dapat digunakan untuk mendeteksi terang atau gelap dan menjadi dasar pengendalian otomatis pada berbagai sistem, termasuk pengaturan tirai dan lampu.

B. Touch Sensor TTP223(Sensor Sentuh)

Sensor touch kapasitif bekerja dengan mendeteksi perubahan kapasitansi pada sebuah pad logam ketika disentuh oleh jari manusia. Pada kondisi normal, pad memiliki nilai kapasitansi tetap yang dijadikan acuan oleh IC kapasitif di dalam modul. Ketika jari mendekati atau menyentuh permukaan pad, tubuh manusia yang bersifat konduktif akan menambah kapasitansi pad tersebut. Perubahan kapasitansi ini menyebabkan waktu pengisian dan pengosongan pad menjadi lebih lambat dibandingkan keadaan normal. IC internal kemudian mengukur perubahan waktu tersebut dan membandingkannya dengan nilai ambang (threshold) yang telah ditentukan. Jika perubahan kapasitansi melebihi ambang batas, IC menyatakan bahwa sentuhan telah terjadi dan menghasilkan sinyal output berupa logika HIGH, biasanya +5 volt. Sebaliknya, ketika tidak ada sentuhan, kapasitansi kembali ke nilai awal sehingga output berada pada kondisi LOW. Dengan cara kerja ini, sensor mampu mendeteksi sentuhan tanpa memerlukan tekanan fisik dan dapat berfungsi meskipun tertutup lapisan tipis plastik atau kaca.

C. Transistor BC547

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP.

Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.
Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

Rumus :

Konfigurasi transistor bipolar :

Cara mengukur transistor bipolar

Karakteristik input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

D. OP-AMP

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian dasar Op-Amp

1. Detektor Non-Inverting

Detektor non-inverting adalah rangkaian penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mendeteksi dan memperkuat sinyal input tanpa membalik fasa sinyal tersebut. Artinya, polaritas sinyal keluaran tetap sama dengan sinyal masukan, tidak mengalami pembalikan seperti pada konfigurasi inverting.

Dalam konfigurasi ini, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (–) digunakan sebagai umpan balik (feedback). Rangkaian ini mampu memperkuat sinyal kecil menjadi lebih besar dengan gain positif, sehingga sering digunakan pada sensor, detektor sinyal, dan sistem penguat otomatis.

Gelombang Input dan Output

Fungsi Detektor Non Inverting

Detektor non-inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal input tanpa mengubah polaritas atau fasa sinyal tersebut. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan dari sensor atau sumber sinyal lain dengan cepat dan akurat. Karena memiliki impedansi input yang tinggi dan output yang searah dengan input, detektor non-inverting mampu menjaga kestabilan serta keaslian bentuk sinyal. Komponen ini banyak diterapkan dalam sistem sensor dan kontrol otomatis sebagai penguat deteksi yang mengaktifkan aktuator berdasarkan perubahan sinyal masukan.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja detektor non-inverting adalah ketika sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) pada op-amp, tegangan output akan mengikuti perubahan sinyal input tanpa membalik polaritasnya. Jika tegangan input melebihi tegangan referensi pada terminal inverting (–), maka output akan berubah ke tegangan maksimum positif, dan sebaliknya jika lebih rendah, output menjadi tegangan minimum (negatif). Proses ini memungkinkan detektor mengenali dan memperkuat perubahan sinyal input dengan cepat tanpa pembalikan fasa, sehingga sering digunakan dalam sistem pendeteksi level atau pembanding tegangan.

Kurva Karakteristik I/O

2. Detektor Inverting

Detektor inverting adalah rangkaian elektronika yang menggunakan konfigurasi op-amp dengan sinyal input dimasukkan ke terminal inverting (–), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke tegangan referensi. Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan sinyal masukan dengan menghasilkan keluaran yang berlawanan fasa (terbalik polaritasnya) terhadap sinyal input. Artinya, ketika tegangan input meningkat, output justru menurun, dan sebaliknya. Detektor inverting banyak digunakan dalam sistem kontrol dan penguat sinyal untuk menghasilkan respon kebalikan dari sinyal masukan.

Prinsip Kerja:

Prinsip kerja detektor inverting yaitu ketika sinyal input diberikan pada terminal inverting (–) op-amp, maka output akan berubah dengan polaritas berlawanan terhadap sinyal masukan. Jika tegangan input lebih besar dari tegangan referensi pada terminal non-inverting (+), output akan menjadi negatif (−V_sat), sedangkan jika tegangan input lebih kecil, output berubah menjadi positif (+V_sat). Dengan demikian, detektor inverting bekerja dengan membalik fasa sinyal masukan dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan kondisi perbandingan antara tegangan input dan referensi.

Bentuk Gelombang Input/Output